Filtrasi dan Destilasi
1. Penyaringan (Filtrasi)
Penyaringan (filtrasi)
adalah salah satu cara pemisahan zat baik berupa cairan maupun gas. Pemisahan
zat padat dari campuran padat cair dilakukan dengan bantuan medium berpori yang
disebut medium penyaring. Suspensi padat cair dipaksa melewati medium
penyaring.Zat padat akan tertahan medium penyaring sedangkan cairan dapat
melewatinya yang biasa disebut filtrat. Dalam beberapa penyaringan,
padatan-saring yang terbentuk merupakan medium penyaring yang baik. Untuk
memaksa cairan melewati medium diperlukan gaya pendorong dalam bentuk :
- gaya berat (gravity filtration)
- vakum (vacuum filtration)
- tekanan ( pressure filtration)
- gaya sentrifugal (centrifugal filtration)
Pemilihan filter ditentukan oleh :
- Sifat campuran
- Tingkat produksi besar atau kecil
- Kondisi proses
- Hasil yang diinginkan
- Bahan konstruksi yang diperlukan
·
Penyaring Gravitasi
Penyaring gravitasi umum
dalam pengolahan air, di mana suatu penyaring pasir digunakan untuk
menjernihkan air sebelum deionisasi dan destilasi. Medium penyaring dapat
terdiri atas lapisan pasir atau cake bed, atau untuk tujuan-tujuan khusus,
suatu komposisi yang mengandung asbes, serat-serat selulosa, arang aktif, tanah
diatome, atau pembantu penyaring lain. Pemurnian air dalam skala kecil dapat
menggunakan keramik berpori sebagai suatu medium penyaring dalam bentuk
“lilin-lilin” berlubang. Cairan masuk dari sisi luar melalui keramik berpori ke
dalam bagian lilin yang berlubang (kosong). Filter ini tersusun atas
tangki-tangki yang bagian bawahnya berlubang-lubang dan diisi dengan
pasir-pasir berpori dimana fluida mengalir secara laminar. Filter ini digunakan
untuk proses fluida dengan kuantitas yang besar dan mengandung sedikit padatan.
Contohnya : pada pemurnian air. Tangki biasanya terbuat dari kayu, bata atau
logam tetapi untuk pengolahan air biasa digunakan beton. Saluran dibagian bawah
yang berlubang mengarah pada filtrat, saluran itu dilengkapi dengan pintu atau
keran agar memungkinkan backwashing dari dasar pasir untuk menghilangkan
padatan-padatan yang terakumulasi. Bagian bawah yang berlubang tertutup oleh
batuan atau kerikil setinggi 1 ft atau lebih untuk menahan pasir. Pasir yang
biasa digunakan dalam pengolahan air sebagai media filter adalah pasir-pasir
kuarsa dalam bentuk yang seragam. Kokas yang dihancurkan biasanya digunakan
untuk menyaring asam sulfur. Batu kapur biasanya digunakan untuk membersihkan
cairan organik baik dalam filtrasi maupun adsorbsi.
Hal yang harus diperhatikan dalam filter
gravitasi, bongkahan-bongkahan kasar (batu atau kerikil) diletakkan bagian atas
balok berpori (cake) untuk menahan materi-materi kecil yang ada di atasnya
(pasir, dll). Materi yang berbeda ukurannya harus diletakkan dengan membentuk
lapisan-lapisan sehingga dapat bercampur dan ukuran untuk setiap materi
harusnya sama untuk menyediakan pori-pori dan kemampuan yang maksimal.
Dengan melihat persyaratan
ruang, metode yang efisiensi dapat disediakan. Gravitasi nutzch adalah suatu
tangki berdasarkan palsu atau bejana media penyaring. Porselen nutzch dapat
digunakan untuk mengumpulkan kristal-kristal steril atau pengerjaan-pengerjaan
di mana bubur tidak dapat bercampur dengan logam-logam. Gravitasi nutzch
bukanlah penyaring gravitasi sebenarnya, karena sering kali dioprasikan
(dijalankan) di bawah tekana atau vakum.
·
Penyaring Vakum
Filtrasi vakum adalah
teknik untuk memisahkan produk yang solid dari campuran reaksi pelarut atau
cair. Campuran padat dan cair dituangkan melalui kertas filter dalam corong
Buchner. Padat yang terperangkap oleh filter dan cairan tersebut ditarik
melalui corong ke dalam labu di bawah ini, dengan ruang hampa.
Proses pemisahan dengan
teknik ini sangat tepat dilakukan, jika jumlah partikel padatnya lebih besar
dibandingkan dengan cairannya. Penyaring vakum dipakai untuk suatu ukuran
besar, jarang digunakan untuk pengumpulan endapan-endapan Kristal atau
penyaring steril. Penyaring vakum kontinu dapat menangani beban kotoran yang tinggi
dan pada suatu basis volume, dalam hal biaya cairan yang disaring per galon
murah. Dalam mengerjakan system penyaring drum kontinu, vakum dipakai untuk
drum (tong) tersebut, dan cairan mengalir melalui lajur kontinu. Zat padat
dikumpulkan pada akhir lajur tersebut. Perhatikan Gambar 2, pada halaman
berikut.
·
Penyaring Tekanan
Tekanan penyaring kerangka
dan penyaring lempeng merupakan yang paling sederhana dari semua penyaring
tekanan, dan paling banyak digunakan. Filter ini terdiri dari seperangkat
lempengan yang dirancang untuk member sederetan kompartemen untuk pengumpulan
zat padat. Lempengan tersebut ditutup dengan medium filter
seperti kanvas. Slurry umpan masuk
ke dalam masing-masing lempengan dan medium filternya
dengan tekanan, cairannya lewat melalui kanvas dan
keluar melalui pipa keluaran dan meninggalkan
zat padat basah di antara lempengan tersebut. Lempengan press yang
digunakan ada yang berbentuk bujur sangkar atau
lingkaran, ada yang terletak vertikal dan horisontal.
Tetapi umumnya lempengan untuk zat padat itu dirancang dengan
membuat tekukan pada permukaan lempeng, atau dalam
bentuk plate-and-frame.
Pada desain plate
and fram ini, lempengan berbentuk bujur
sangkar dengan panjang sisi 6-28 in
dan disusun silih berganti dengan bingkai terbuka.
Lempengan tersebut tebalnya berkisar 0,25 sampai 2 in, sedangkan
bingkainya setebal 0,25 sampai 8 inci. Lempengan dan bingkai
itu didudukkan secara vertikal pada rak logam dengan medium filter
dipasang menutupi setiap bingkai dan dirapatkan dengan
bantuan sekrup dan rem hidraulik. Bubur umpan masuk
pada satu ujung rakitan lempeng dan bingkai tersebut. Slurry mengalir
melalui saluran yang terpasang memanjang pada salah satu
sudut rakitan dari sudut tersebut melalui saluran tambahan
mengalir ke dalam masing-masing bingkai. Di sini zat padat itu
diendapkan di atas permukaan pelat. Cairan mengalir menembus
kain filter, melalui alur atau gelombang pada
permukaan lempeng, sampai keluar press filter tersebut.
Sesudah filter
tersebut dirakit, slurry dimasukkan dari pompa
atau tangki pendorong pada tekanan 3
sampai 10 atm. Filtrasi lalu diteruskan sampai tidak
ada lagi zat cair yang keluar dan tekanan
filtrasi naik secara signifikan. Hal ini terjadi
bila bingkai sudah penuh dengan zat padat sehinggga slury tidak
dapat masuk lagi. Filter itu disebut jammed. Setelah itu,
cairan pencuci dapat dialirkan untuk membersihkan zat padat dari
bahan-bahan pengotor yang dapat larut. Cake tersebut kemudian ditutup dengan
uap atau udara untuk membuang sisa zat cair tersebut
sebanyak-banyaknya. Filter itu lalu dibongkar, cake padatnya dikeluarkan
dari medium filter sehingga jatuh ke konveyor
menuju tempat penyimpanan. Pada kebanyakan press filter, operasi
tersebut berlangsung secara otomatis. Sampai cake bersih,
proses pencucian memakan waktu beberapa jam karena cairan
pencuci cenderung mengikuti jalur termudah dan melangkahi
bagian-bagian cake yang terjejal rapat. Jika cake tidak
terlalu rapat, sebagian besar cairan pencuci tidak efektif
membersihkan cake. Jika diinginkan pencucian sampai
benar-benar bersih, biasanya dibuat sluury lagi
dengan cake yang belum tercuci sempurna.
Pencucian lebih lanjut dapat menggunakan zat cair pencuci dalam
kuantitas besar dan menyaringnya kembali dengan shell-and-leaf
filter sehingga memungkinkan pencucian
yang lebih efektif dari pada plate and frame filter.
·
Penyaring Sentrifugal
Sentrifugasi adalah
pemisahan dengan menggunakan gaya putaran atau gaya sentrifugal. Partikel
dipisahkan dari liquid dengan adanya gaya sentrifugal pada berbagai variasi
ukuran dan densitas campuran larutan.
Peralatan sentrifugasi terdiri dari :
a. Pengendapan sentrifugal/centrifugal
settling
- Tubular
: pemisahan liquid-liquid emulsion
- Disk bowl :
pemisahan liquid-liquid
b. Filtrasi sentrifugal
Gaya sentrifugal digunakan
untuk mendapatkan perbedaan tekanan sehingga slurry dalam filter akan mengalir
ke penyaring. Pada operasi sentrifugasi dengan cara pengendapan, kecepatan
pengendapan dipengaruhi oleh : kecepatan sudut (ω) disamping faktor-faktor lain
seperti pada perhitungan kecepatan sedimentasi. laju alir volumetrik umpan
dipengaruhi oleh kecepatan sudut (ω), diameter partikel (Dp), densiti partikel
dan cairan, viskositas dan diameter tabung centrifuge.
Pemisahan padatan dari air
dengan menggunakan pengendapan sentrifuga prinsipnya sama dengan proses
pengendapan secara gravitasi, bedanya pengendapan ini menghasilkan gaya dorong
yang lebih besar yang disebabkan oleh putaran air. Dengan memutar air,
kecepatan pengendapan dapat meningkat jika dibandingkan dengan pengendapan
secara gravitasi pada umumnya. Pengendapan sentrifuga sudah banyak digunakan
untuk pemisahan partikel dan cairan atau air dalam proses pengolahan
mineral seperti pada proses pengeringan materi dengan ukuran partikel yang berbeda,
penyisihan partikel yang sangat kecil dalam pencucian, atau dalam menyisihkan
kontaminan yang terlarut dalam larutan.
Namun, penggunaan
pengendapan sentrifuga untuk penyisihan partikel atau senyawa lain di dalam
proses pengolahan air masih jarang dilakukan dikarenakan tingginya biaya
operasional yang dibutuhkan. Maka dari itu, pengembangan pengendapan dengan
memanfaatkan gaya senrifuga diarahkan pada pengendapan dengan memanfaatkan
aliran air melalui dinding pengendap seperti prinsip kerja hydrocyclone.
2. Penyulingan (Destilasi)
Penyulingan atau destilasi adalah proses pemisahan
campuran zat cair yang didasarkan pada perbedaan titik didih zat. Proses
pemisahan campuran dengan cara penyulingan dilakukan dengan dua proses, yaitu
penguapan dan pengembunan.
Contoh
pemisahan campuran dengan cara destilasi, antara lain: memperoleh bensin dari
campuran antara air dan bensin, memperoleh air murni dari campuran air yang
sudah terkotori zat padat yang larut didalamnya, memperoleh air dari campuran
air dan garam.
Penyulingan
dengan sistem rebus (Water Distillation)
Cara penyulingan dengan sistem ini adalah dengan memasukkan bahan baku,
baik yang sudah dilayukan, kering ataupun bahan basah ke dalam ketel penyuling
yang telah berisi air kemudian dipanaskan. Uap yang keluar dari ketel dialirkan
dengan pipa yang dihubungkan dengan kondensor. Uap yang merupakan campuran uap
air dan minyak akan terkondensasi menjadi cair dan ditampung dalam wadah.
Selanjutnya cairan minyak dan air tersebut dipisahkan dengan separator pemisah
minyak untuk diambil minyaknya saja. Cara ini biasa digunakan untuk menyuling
minyak aromaterapi seperti mawar dan melati. Meskipun demikian bunga mawar,
melati dan sejenisnya akan lebih cocok dengan sistem enfleurasi, bukan
destilasi.
Yang perlu diperhatikan adalah ketel terbuat dari bahan anti karat
seperti stainless steel, tembaga atau besi berlapis aluminium.
Penyulingan
dengan air dan uap (Water and Steam Distillation)
Penyulingan dengan air dan uap ini biasa dikenal dengan sistem kukus.
Cara ini sebenarnya mirip dengan system rebus, hanya saja bahan baku dan air
tidak bersinggungan langsung karena dibatasi dengan saringan diatas air.
Cara ini adalah yang paling banyak dilakukan pada dunia industri karena
cukup membutuhkan sedikit air sehingga bisa menyingkat waktu proses produksi.
Metode kukus ini biasa dilengkapi sistem kohobasi yaitu air kondensat yang
keluar dari separator masuk kembali secara otomatis ke dalam ketel agar
meminimkan kehilangan air. Bagaimanapun cost produksi juga diperhitungkan dalam
aspek komersial. Disisi lain, sistem kukus kohobasi lebih menguntungkan oleh
karena terbebas dari proses hidrolisa terhadap komponen minyak atsiri dan
proses difusi minyak dengan air panas. Selain itu dekomposisi minyak akibat
panas akan lebih baik dibandingkan dengan metode uap langsung (Direct Steam
Distillation).
Metode penyulingan dengan sistem kukus ini dapat menghasilkan uap dan
panas yang stabil oleh karena tekanan uap yang konstan.
Penyulingan
dengan uap langsung (Direct Steam Distillation)
Pada sistem ini bahan baku tidak kontak langsung dengan air maupun api
namun hanya uap bertekanan tinggi yang difungsikan untuk menyuling minyak.
Prinsip kerja metode ini adalah membuat uap bertekanan tinggi didalam boiler,
kemudian uap tersebut dialirkan melalui pipa dan masuk ketel yang berisi bahan
baku. Uap yang keluar dari ketel dihubungkan dengan kondensor. Cairan kondensat
yang berisi campuran minyak dan air dipisahkan dengan separator yang sesuai
berat jenis minyak. Penyulingan dengan metode ini biasa dipakai untuk bahan
baku yang membutuhkan tekanan tinggi pada proses pengeluaran minyak dari sel
tanaman, misalnya gaharu, cendana, dan lain-lain.
Alat Penyulingan
Untuk mendapatkan produk
minyak atsiri yang berkualitas, gunakan alat yang tidak bereaksi/menimbulkan
kontaminasi terhadap produk minyak. Material yang baik adalah dengan
glass/pyrex dan stainless steel. Untuk material glass hanya mampu untuk skala
laboratorium, sedang skala industri biasa digunakan stainless steel.
Jenis material stainlees steel mulai dari
yang paling bagus antara lain :
- Material Pharmaceutical Grade (SUS 316)
- Material Food Grade (SUS 314)
- Material Mild Mild Steel Galvanized
- Material Mild Steel
Untuk keperluan destilasi
minyak atsiri biasa digunakan material food grade.
Perlu diperhatikan juga penggunaan jacket
ketel atau sekat kalor jika proses penyulingan berada didaerah dingin seperti
di pengunungan, ini dimaksudkan agar mengurangi kehilangan kalor panas.
Jangan lupa dipasang juga
accessories control dan safety device yang minimal berupa thermometer,
manometer tekanan (pressure gauge) dan safety valve untuk alat destilasi yang
menggunakan boiler.
Condensor (Pendingin)
Alat ini digunakan untuk
kondensasi (mengembunkan) uap yang keluar dari ketel. Prinsip kerja alat adalah
merubah fase uap menjadi fase cair karena pertukaran kalor pada pipa pendingin.
Pada alat berskala laboratorium bisa menggunakan condensor lurus (liebig),
sedang untuk skala industri harus menggunakan kondensor yang lebih besar.
Kondensor untuk skala produksi berbahan stainless dalam bentuk pipa spiral agar
kontak dengan air pendingin lebih lama dan area perpindahan kalor juga lebih
panjang.
Separator (Pemisah Minyak)
Alat ini berfungsi untuk
memisahkan minyak atsiri dengan air berdasarkan perbedaan berat jenis.
Separator untuk alat suling sistem kukus kohobasi tersedia 2 macam yaitu untuk
minyak dengan density (massa jenis) rendah dan minyak density tinggi.
Receiver Tank (Tangki Penampung)
Digunakan untuk menampung
minyak atsiri, bisa dari bahan glass atau stainless steel. Untuk bahan glass,
gunakan botol gelap agar minyak terhindar dari masuknya sinar matahari langsung
sehingga tidak menurunkan grade minyak.
Sources :
Comments
Post a Comment